LUCRAREA NR. 11 CONVERSIA PARALEL SERIE Generalităţi În această lucrare se va investiga conversia serială asincronă. Fiecare cuvânt poate fi constituit din 5, 6, 7, sau 8 biţi. Pentru ca receptorul să identifice unde un cuvânt începe şi se termină, emiţătorul încadrează fiecare cuvânt digital adăugând un bit de start şi unul, doi sau unul şi jumătate biţi de stop. Un bit de paritate, pentru detectarea erorilor, poate fi de asemenea adăugat. Înainte de începerea acestui experiment trebuie cunoscute descrierile plăcilor utilizate: placa sursei de alimentare şi placa convertorului analog/digital, paralel/serial. Este necesară de asemenea şi cunoaşterea utilizării osciloscopului. Trebuie citite şi înţelese notele despre comunicaţiile digitale. Echipamentul necesar Pentru experiment sunt necesare următoarele: - Placa sursei de alimentare (Nr. 0), - Placa convertorului analog/digital, paralel/serial (Nr. 5), - Osciloscop cu două spot-uri (cu sonde), - Un fir de conexiune. Scopul: Înţelegerea conceptului de conversie paralel - serie. Mersul lucrării: Pasul 1. Conectarea plăcilor ca în schema bloc de mai jos Conectaţi împreună placa sursei de alimentare (nr. 0) şi placa convertorului analog/digital, paralel/serial (Nr. 5), ca în figura de mai jos. Intrare 9V C.A. 5V C.C. placa nr. 0 Convertorul analog / digital, paralel / serial placa nr. 5 Fig. 11.1. Utilizaţi firul pentru a realiza conexiunea între tensiunea variabilă de la ieşirea plăcii nr. 0 şi intrarea în placa 5. Pasul 2. Setarea osciloscopului. Selectaţi modul în care osciloscopul afişează ambele canale (1 şi 2). Se setează baza de timp la 10 μs/div. Se setează câştigul amplificatorului Y de pe canalele 1 şi 2 la 2 V/div. Se setează osciloscopul pentru sincronizare cu canalul 1.
Se fixează butonul AC/GND/DC în poziţia GND (masă). Reglaţi poziţia pe verticală a canalului 1 astfel încât să fie poziţionat cu o diviziune deasupra capătului de jos al ecranului. Reglaţi poziţia pe verticală a canalului 2 la jumătatea distanţei până la capătul de sus al ecranului. Se conectează sonda canalului 1 la punctul de test TP2 de pe placa nr. 5 iar sonda canalului 2 la punctul de test TP4. Se fixează butonul AC/GND/DC în poziţia DC. Se conectează terminalul de masă la punctul de referinţă (0V) de pe placa nr. 5. Pasul 3. Poziţionaţi comutatoarele de control pe placa convertorului. Pentru această lucrare cele opt comutatoare de control din partea stângă a plăcii trebuie poziţionate conform descrierii detaliate de mai jos. Veţi înţelege mai bine motivul acestor poziţionări pe parcursul experimentului. - SLOW/FAST în poziţia FAST: se alege rată mare de transmisie (frecvenţa ceasului). - CLS1 şi CLS2 în poziţia ON: se alege lungimea cuvântului transmis de 8 biţi de date. - PI în poziţia ON: nu se transmite bit de paritate (parity inhibit). - EPE în orice poziţie: în mod normal acest comutator selectează paritatea dar în acest caz acest lucru nu are nici o importanţă deoarece comutatorul PI este pe poziţia ON. - SBS în poziţia OFF: se selectează 1 bit de stop. - A/D/SW în poziţia de jos (SW): emiţătorul va prelua datele de intrare de la cele opt comutatoare manuale din partea dreaptă D0-D7. - MAN/RUN în poziţia de jos (RUN): cuvintele de date se vor transmite continuu. Pasul 4. Familiarizaţi-vă cu funcţionarea comutatoarelor de date Cele opt comutatoare din partea dreaptă a plăcii nr. 5 vă permit să realizaţi un cuvânt de 8 biţi care va fi considerat ca intrare de tip paralel în emiţător. Fiecare comutator corespunde unui bit de date într-un cuvânt transmis: D0 este bitul cel mai puţin semnificativ (LSB) iar D7 este bitul cel mai semnificativ (MSB). Experimentaţi cu poziţia tuturor comutatoarelor de date şi observaţi că poziţia ON (închis) sau OFF (deschis) este indicată prin iluminarea corespunzătoare a LED-ului corespunzator, numerotat şi aflat în partea de sus a placii. Pasul 5. Observaţi ciclul de transmisie pe osciloscop Canalul 1 al osciloscopului afişează o serie de linii verticale. Distanţa între liniile verticale reprezintă lungimea ciclului de trasmisie timpul necesar pentru a transmite un cuvânt încadrat. Rotiţi potenţiometrul de reglaj al frecvenţei şi observaţi cum se modifică distanţa dintre liniile de transmisie (lungimea ciclului de transmisie). Pasul 6. Observaţi cuvântul transmis pe osciloscop Canalul 2 al osciloscopului arată sirul de biţi transmişi de convertor. Fiecare bit din transmisie poate fi fie ON (valoare mare a tensiunii) fie OFF (valoare mică, practic nulă, a tensiunii). Ajustaţi poziţia pe verticală a ambelor canale astfel încât ambele canale să poată fi observate simultan. Mai întâi treceţi toate comutatoarele de date, de la D0 la D7, pe poziţia OFF, toate LEDurile se vor stinge. Singurul impuls cu valoare mare care apare pe canalul 2 sunt biţii de stop. Poziţia unui astfel de bit coincide cu pozitia unei linii verticale pe canalul 1 deoarece un bit de stop este transmis la sfârşitul fiecarui ciclu de transmisie.
Ajustaţi baza de timp a osciloscopului astfel încât un singur ciclu de transmisie să ocupe aproape toată lăţimea ecranului. Treceţi comutatorul D0 pe pozi Treceţi comutatorul D0 pe poziţia ON- LED-ul 0 se aprinde. Canalul 2 arată acum cuvântul transmis care constă dintr-un puls ON, urmat de un spaţiu egal în lungime cu 7 impulsuri OFF. Cuvântul este încadrat de un singur bit de start şi un singur bit de stop. Bitul de start este un impuls 0 logic (OFF) bitul de stop este un impuls 1 logic. Desenaţi forma de undă a cuvântului transmis şi ieşirea serială a convertorului. Figura 11.2. Treceţi comutatorul de date D1 pe poziţia ON Se aprind LED-urile 0 şi 1. Convertorul transmite următorul sir de biţi: Desenaţi mai jos forma de undă corespunzătoare registrului de transmisie a cuvântului de date şi ieşirea serială a convertorului. Transmisia începe cu un singur bit de start, urmat de doi biţi 1 (ON) unul după celălalt. Observaţi că nu există spaţiu între cei doi biţi 1 consecutivi, acest format este numit NRZ (non return to zero). Partea a II-a Figura 11.3. În această parte a experimentului veţi urmări diferite protocoale de transmisie care pot fi utilizate pe aceste plăci. Circuitul UART (universal asynchronous receiver-transmitter) de pe placa convertorului analog/digital, paralel/serial (Nr. 5) permite alegerea numărului de biţi de date din cuvânt (5,6,7 sau 8). Se poate schimba numărul de biţi de stop, şi se poate adăuga un bit
de paritate (par sau impar). Bitul de start nu poate fi modificat şi va fi întotdeauna un singur bit 0. Pasul 7. Schimbaţi numărul de biţi de date din transmisie. Comutatoarele CLS1 şi CLS2 determină numărul de biţi de date transmişi în fiecare ciclu. Tabelul următor arată efectele diferitelor combinaţii posibile ale CLS1 şi CLS2. CLS1 CLS2 Număr de biţi de date OFF OFF 5 OFF ON 6 ON OFF 7 ON ON 8 Puneţi toate comutattoarele de date (D0 la D7) în poziţia ON (toate LED-urile luminează). Folosind tabelul pentru CLS1 şi CLS2, alegeţi diferite combinaţii ale celor două întrerupătoare şi observaţi ecranul osciloscopului pentru transmisii constând din 5, 6, 7, şi 8 biţi de date. Desenaţi forma de undă care apare pe ecranul osciloscopului pentru următoarele poziţii: a. CLS1 = OFF şi CLS2 = ON b. CLS1 = ON şi CLS2 = OFF Fig. 11.4. Pasul 8. Schimbaţi numărul de biţi de stop din cuvântul transmis. Numărul de biţi de stop din transmisie se schimbă folosind comutatorul SBS (Stop bit Select) de pe placa nr. 5. Puneţi CLS1 şi CLS2 pe poziţia ON. Puneţi comutatoarele D1 la D7 pe OFF şi D0 pe poziţia ON (numai LED-ul 0 este aprins). Lăsaţi celelalte comutatoare nemodificate. Puneţi comutatorul SBS în poziţia ON (sus) şi observaţi efectul. Câţi biţi de stop sunt transmişi? Explicaţi de ce lungimea cuvântului nu se schimbă. Cum se pot insera biţi de stop adiţionali?
Desenaţi forma de undă a ieşirii seriale de transmisie şi indicaţi bitul D0, bitul de stop şi bitul de start. Partea a III-a Fig. 11.5. Oricând sunt transmise datele, există întotdeauna posibilitatea ca pulsurile să fie pierdute pe drumul spre receptor. Din acestă cauză anumite metode de detectare a apariţiei erorilor în datele transmise sunt folosite. O metodă simplă de verificare a impulsurilor pierdute este verificarea parităţii care lucrează aşa cum este explicat mai jos. Considerăm transmiterea unui cuvânt care constă din 8 biţi de date plus un al 9-lea bit numit bit de paritate. Fiecare bit poate fi 0 sau 1 (tensiune de nivel scăzut sau ridicat). În consecinţă numărul total de 1 (suma) poate ajunge la un număr par sau impar. Daca se foloseşte paritatea pară, emiţătorul va adauga un bit de paritate 1 sau 0 pentru a asigura ca numarul de biţi 1 în cuvintul transmis va fi intotdeauna par. De exemplu: Biţi de date bit de paritate Număr de biţi 1 transmişi 00000001 1 2 (par) 00000101 0 2 (par) 10000111 0 4 (par) Similar, dacă se foloseşte paritatea impară, emiţătorul va adauga un bit de paritate 1 sau 0 pentru a asigura ca numarul de biţi 1 în cuvintul transmis va fi intotdeauna impar. La receptor şirul de biţi este verificat din punctul de vedere al parităţii pentru a verifica în mod simplu impulsurile lipsă. Utilizarea verificării parităţii nu este infailibilă dar creşte mult probabilitatea detectării erorilor de transmisie. Verificarea parităţii este oprită când comutatorul PI (parity inhibit) este pe poziţia ON şi este activă când este pe poziţia OFF. Se utilizează paritatea pară cu comutatorul EPE
(Even Parity Enable) este pe poziţia ON respectiv cea impară când comutatorul EPE e pe poziţia OFF. Pasul 9. Investigaţi transmisia cu verificarea parităţii (paritate pară) Puneţi comutatorul PI pe poziţia OFF (în jos). Observaţi ecranul osciloscopului. Descrieţi ce se întâmplă cu ciclul de transmisie. Efectul e mai uşor de observat dacă comutaţi PI de câteva ori, dar asiguraţi-vă ca lăsaţi PI pe poziţia OFF înainte de a continua. Puneţi comutatorul EPE pe poziţia ON pentru a folosi paritatea pară. Ce se întâmplă cu ciclul de transmisie şi cu transmisia serială când comutatorul EPE este trecut pe ON? Puneţi comutatorul de date D0 pe poziţia ON şi toate celelalte comutatoare în poziţia OFF (numai LED-ul 0 este aprins). Identificaţi bitul de paritate pe osciloscop (aplicaţi metoda comutării lui PI de mai mute ori dar din nou aveţi grijă că PI rămâne pe poziţia OFF). Experimentaţi cu diferite combinaţii ale comutatoarelor de date, observând bit-ul de paritate în fiecare caz. Completati tabelul de mai jos: D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 Valoarea bitului de paritate pară 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 Pasul 10. Investigaţi transmisia cu verificarea parităţii (paritate impară) Puneţi comutatorul EPE pe poziţia OFF pentru a folosi paritatea impară. Completati tabelul de mai jos urmărind forma de undă a ieşirii seriale pe osciloscop. D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 Valoarea bitului de paritate impară 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1
1 1 1 0 0 0 1 1 Întrebări şi concluzii Întrebarea 1: Explicaţi de ce se utilizează transmisia serială. Ce efect are formatul serial asupra timpului necesar pentru transmisie? Întrebarea 2: Scrieţi de ce bitul de paritate este important în comunicaţiile digitale. Concluzia importantă care se poate desprinde din acest experiment este: